JP2009115893A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コントラスト評価の信頼性を高くしつつ遠近競合を抑えて、精度の高いコントラスト検出方式でのフォーカス制御を行う。
【解決手段】撮像装置は、被写体像を光電変換する第１の画素群１０５、及び分割された光束により形成された複数の像を光電変換する第２の画素群１０６を含む撮像素子を備える。また、第１の画素群のうちコントラスト評価領域内の画素からの信号を用いたコントラスト評価の結果に応じてフォーカス制御を行う制御手段１０８，１１７と、第２の画素群のうちコントラスト評価領域内で複数の位相差検出領域を構成する画素からの信号を用いた像の位相差の検出結果に基づいて、位相差検出領域ごとに撮像光学系の合焦位置を算出する位相差焦点検出手段１１８とを有する。制御手段は、各位相差検出領域に対して算出された合焦位置に基づいて、コントラスト評価領域を変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に関し、特に撮像素子内の焦点検出画素を利用して、撮像画素を用いたコントラスト検出方式のフォーカス制御を行う撮像装置に関する。

撮像装置に用いられている撮像素子を構成する一部の画素の光学特性を他の画素と異ならせて、該一部の画素からの出力に基づいて焦点検出を行う撮像装置が特許文献１にて開示されている。

特許文献１にて開示された撮像装置では、撮像素子の一部に互いに対をなす焦点検出画素を複数配置する。ここで、図９には、画素行列のうち一部の行に焦点検出画素を配置した撮像素子の画素配置例を示す。

図９において、Ｒ，Ｇ，Ｂはそれぞれ、赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタが配置された通常の撮像画素である。また、Ｓ１，Ｓ２は第１及び第２の焦点検出画素（位相差検出画素）であり、撮像画素とは光学特性が異なる。

図１０には、第１の焦点検出画素Ｓ１の構造を示す。図１０において、第１の焦点検出画素の光入射側には、マイクロレンズ５０１が形成されている。５０２はマイクロレンズ５０１を形成するための平面を構成する平滑層である。

５０３は遮光層であり、第１の焦点検出画素Ｓ１の光電変換領域５０４の中心Ｏに対して一方向に偏心した絞り開口部を有する。

また、図１１には、第２の焦点検出画素Ｓ２の構造を示す。図１１において、第２の焦点検出画素の光入射側には、マイクロレンズ６０１が形成されている。６０２はマイクロレンズ６０１を形成するための平面を構成する平滑層である。

６０３は遮光層であり、第２の焦点検出画素Ｓ２の光電変換領域６０４の中心Ｏに対して、第１の焦点検出画素Ｓ１に設けられた遮光層５０３とは反対方向に偏心した絞り開口部を有する。すなわち、第１及び第２の焦点検出画素Ｓ１，Ｓ２の遮光層５０３，６０３は、各マイクロレンズの光軸を挟んだ対称な位置に絞り開口部を有する。

このような構成によれば、撮像光学系を第１の焦点検出画素Ｓ１から見た場合と第２の焦点検出画素Ｓ２から見た場合とで、撮像光学系の瞳が対称に分割されたことと等価となる。

図９において、第１の焦点検出画素Ｓ１を含む行と第２の焦点検出画素Ｓ２を含む行には、撮像素子の画素数が多くなるにつれてより近似した２像が形成されるようになる。撮像光学系が被写体に対してピントが合っている状態では、第１の焦点検出画素Ｓ１を含む行と第２の焦点検出画素Ｓ２を含む行から得られる出力（像信号）は互いに一致する。

これに対し、撮像光学系のピントがずれているならば、第１の焦点検出画素Ｓ１を含む行と第２の焦点検出画素Ｓ２を含む行から得られる像信号には位相差が生じる。そして、該位相差の方向は、前ピン状態と後ピン状態とで逆になる。

図１２Ａ及び図１２Ｂには、ピント状態と位相差との関係を示す。これらの図においては、両焦点検出画素Ｓ１，Ｓ２を互いに近づけて、それぞれをＡ，Ｂの点として示している。また、撮像画素は省略している。

被写体上の特定点からの光束は、焦点検出画素Ａに対応する分割瞳を通って該焦点検出画素Ａに入射する光束ΦＬａと、焦点検出画素Ｂに対応する分割瞳を通って該焦点検出画素Ｂに入射する光束ΦＬｂとに分割される。これら２つの光束は、被写体上の同一点から入射しているため、撮像光学系のピントが合った状態では、図１２Ａに示すように、同一のマイクロレンズを通過して撮像素子上の１点に到達する。したがって、第１の焦点検出画素Ａ（Ｓ１）を含む行と第２の焦点検出画素Ｂ（Ｓ２）を含む行からそれぞれ得られる像信号は互いに一致する。

しかし、図１２Ｂに示すように、ｘだけピントがずれている状態では、光束ΦＬａ，ΦＬｂのマイクロレンズへの入射角の変化分だけ両光束ΦＬａ，ΦＬｂの到達位置が互いにずれる。したがって、第１の焦点検出画素Ａ（Ｓ１）を含む行と第２の焦点検出画素Ｂ（Ｓ２）を含む行からそれぞれ得られる像信号には位相差が生じる。

以上のことを利用して、特許文献１にて開示された撮像装置は撮像素子を用いた焦点検出を行う。

また、特許文献２には、特許文献１にて開示された撮像素子と同様な撮像素子を用いて、位相差検出方式のフォーカス制御とコントラスト検出方式のフォーカス制御とを切り換えて行うことができる撮像装置が開示されている。この撮像装置では、被写体としての横線と縦線の検出にそれぞれ適したフォーカス制御を選択して行う。
特開２０００−１５６８２３号公報 特開２００１−３０５４１５号公報

特許文献２に開示された撮像装置のようにコントラスト検出方式のフォーカス制御を行う場合において、被写体像を光電変換して得られた輝度信号にノイズが混入すると、コントラスト評価が不正確になる可能性がある。ノイズ混入による悪影響を抑えるためには、撮像範囲内においてコントラスト評価を行うサンプル位置（又は領域）を数多く設定し、これらのサンプル位置での評価結果を積算することで、コントラスト評価のＳ／Ｎを向上させることが望ましい。

しかしながら、サンプル位置の数を多くしようとすると、それらサンプル位置の全てを包含するコントラスト評価領域の大きさが増加する。この場合、互いに距離が異なる複数の被写体が同時にコントラスト評価領域内に入り込みやすくなり、いわゆる遠近競合によってコントラスト評価が誤って行われてしまう可能性がある。

本発明は、コントラスト評価の信頼性を高くしつつ遠近競合を抑えて、精度の高いコントラスト検出方式でのフォーカス制御を行えるようにした撮像装置及びその制御方法を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、撮像光学系からの光束により形成された被写体像を光電変換する第１の画素群、及び撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された複数の像を光電変換する第２の画素群を含む撮像素子を備える。また、第１の画素群のうちコントラスト評価領域内の画素からの信号を用いたコントラスト評価に基づいてフォーカス制御を行う制御手段と、第２の画素群のうち前記コントラスト評価領域内で複数の位相差検出領域を構成する画素からの信号を用いて検出された像の位相差に基づいて、位相差検出領域ごとに撮像光学系の合焦位置を算出する位相差焦点検出手段とを有する。そして、制御手段は、位相差検出領域ごとに算出された合焦位置に基づいて、コントラスト評価領域を変更することを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての撮像装置は、フォーカスレンズを含む撮像光学系からの光束により形成された被写体像を光電変換する第１の画素群、及び撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された複数の像を光電変換する第２の画素群を含む撮像素子と、第１の画素群のうちコントラスト評価領域内の画素からの信号を用いたコントラスト評価に基づいてフォーカス制御を行う制御手段と、第２の画素群のうちコントラスト評価領域内で複数の位相差検出領域を構成する画素からの信号を用いて検出された像の位相差に基づいて、位相差検出領域ごとに撮像光学系の合焦位置を算出する位相差焦点検出手段とを有する。そして、制御手段は、コントラスト評価を、複数の位相差検出領域に対して算出された複数の合焦位置をそれぞれ含む複数の範囲であって、かつそれぞれが他の範囲に含まれる合焦位置を含まない複数の範囲でフォーカスレンズを移動させて行うことを特徴とする。

また、本発明の他の一側面としての撮像装置の制御方法は、撮像光学系からの光束により形成された被写体像を光電変換する第１の画素群、及び撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された複数の像を光電変換する第２の画素群を含む撮像素子を備えた撮像装置に適用される。該制御方法は、第１の画素群のうちコントラスト評価領域内の画素からの信号を用いたコントラスト評価に基づいてフォーカス制御を行うステップと、第２の画素群のうちコントラスト評価領域内で複数の位相差検出領域を構成する画素からの信号を用いて検出された像の位相差に基づいて、位相差検出領域ごとに撮像光学系の合焦位置を算出するステップと、位相差検出領域ごとに算出された合焦位置に基づいて、コントラスト評価領域を変更するステップとを有することを特徴とする。

さらに、本発明の他の一側面としての撮像装置の制御方法は、フォーカスレンズを含む撮像光学系からの光束により形成された被写体像を光電変換する第１の画素群、及び撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された複数の像を光電変換する第２の画素群を含む撮像素子を備えた撮像装置に適用される。該制御方法は、第１の画素群のうちコントラスト評価領域内の画素からの信号を用いたコントラスト評価に基づいてフォーカス制御を行うステップと、第２の画素群のうちコントラスト評価領域内で複数の位相差検出領域を構成する画素からの信号を用いて検出された像の位相差に基づいて、位相差検出領域ごとに撮像光学系の合焦位置を算出するステップとを有する。そして、コントラスト評価を、複数の位相差検出領域に対して算出された複数の合焦位置をそれぞれ含む複数の範囲であって、かつそれぞれが他の範囲に含まれる合焦位置を含まない複数の範囲でフォーカスレンズを移動させて行うことを特徴とする。

本発明によれば、位相差検出領域ごとに算出された撮像光学系の合焦位置に基づいてコントラスト評価領域を変更するため、コントラスト評価領域内に互いに距離が異なる複数の被写体が入り込む場合を少なくすることができる。これにより、コントラスト評価の信頼性を高くしつつ遠近競合を抑えることができ、この結果、精度の高いコントラスト検出方式でのフォーカス制御を行うことができる。

また、本発明によれば、コントラスト評価を、複数の位相差検出領域に対して算出された複数の合焦位置をそれぞれ含む複数の範囲（スキャン範囲）であって、かつそれぞれが他の範囲に含まれる合焦位置を含まない複数の範囲でフォーカスレンズを移動させて行う。このため、各スキャン範囲では、そのスキャン範囲に対応する狭い距離範囲に位置する被写体のみについてのコントラスト評価結果が得られる。したがって、合焦目標とする被写体とそれ以外の被写体（合焦目標被写体と距離が異なる被写体）との間の位置にコントラスト検出方式でのフォーカス制御が行われてしまうことを回避でき、合焦目標被写体に対して正確にピントを合わせることができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例である撮像装置としてのデジタルカメラの構成を示す。

カメラ１００は、被写体から光束により被写体像を形成する撮像光学系１０１と、該撮像光学系１０１に含まれるフォーカスレンズ１０１ａの位置を制御するレンズ制御部１１６と、撮像光学系１０１を通過する光の量を調節する絞り１０２とを有する。さらに、カメラ１００は、撮像光学系１０１からの光束によって被写体像がその受光面上に形成されるＣＭＯＳセンサにより構成される光電変換素子としての撮像素子１０４を備えている。

撮像素子１０４は、それぞれＲ，Ｇ，Ｂのうちいずれか１色のカラーフィルタを有し、撮像光学系１０１により形成される被写体像を光電変換する複数の撮像画素により構成される撮像画素群（第１の画素群）１０５を有する。撮像画素群１０５は、被写体画像を生成するために用いられる撮像信号を出力する。また、撮像素子１０４は、撮像光学系１０１の焦点状態の検出（位相差検出）に用いられる一対の像信号を出力する位相差検出画素群（第２の画素群）１０６を有する。

位相差検出画素群１０６は、後述する瞳分割光学系１０７により瞳分割された２つの光束により形成された一対の像を光電変換する、それぞれ複数の第１及び第２の位相差検出画素を含む。複数の第１の位相差検出画素により第１の位相差センサが構成され、複数の第２の位相差検出画素により第２の位相差センサが構成される。そして、第１の位相差センサは、上記一対の像信号のうち一方の像信号を出力し、第２の位相差センサは、上記一対の像信号のうち他方の像信号を出力する。

さらに、撮像素子１０４は、第１の位相差センサと第２の位相差センサとに、撮像光学系１０１からの光束のうち瞳分割した２つの光束をそれぞれ入射させるための瞳分割光学系１０７を備えている。

ここで、図２には、本実施例に用いられる撮像素子１０４の画素配列を示している。図２において、位相差検出画素群１０６における第１の位相差検出画素をＳ１とし、第２の位相差検出画素をＳ２として示している。

第１及び第２の位相差検出画素Ｓ１，Ｓ２の構造はそれぞれ、図１０及び図１１に示した構造と同様である。すなわち、第１及び第２の位相差検出画素Ｓ１，Ｓ２に設けられた遮光層が、瞳分割光学系１０７としてのマイクロレンズの光軸を挟んだ対称な位置に絞り開口部を有する構造を有している。

図２において、第１の位相差検出画素Ｓ１が離散的に挿入された画素行が第１の位相差センサを構成する。また、第１の位相差センサに対して所定間隔（図２では１画素分の間隔）をあけて配置され、第２の位相差検出画素Ｓ２が離散的に挿入された画素行が第２の位相差センサを構成する。そして、これら第１及び第２の位相差センサを含む１つの位相差検出画素群（第２の画素群）が１つの位相差焦点検出エリア（位相差検出領域）を形成する。図２では、撮像素子１０４の上部と下部にそれぞれ第１の位相差焦点検出エリア及び第２の位相差焦点検出エリアが配置されている。ただし、実際の撮像素子１０４上には、後述するように、さらに多くの位相差焦点検出エリアが配置されている。

カメラ１００は、各位相差焦点検出エリアの第１及び第２の位相差センサから出力される一対の像信号の位相差を相関演算を用いて求める位相差焦点検出部（位相差焦点検出手段）１１８を有する。

ここで、「第１及び第２の位相差センサから出力される一対の像信号」とは、基本的には、位相差検出画素Ｓ１，Ｓ２の出力信号のみから生成された一対の像信号である。ただし、位相差検出画素群全体の出力信号から一対の像信号を生成してもよい。

位相差焦点検出部１１８は、該位相差に基づいて、その位相差焦点検出エリアに像が形成されている被写体に対する撮像光学系１０１のデフォーカス量を算出する。さらに、位相差焦点検出部１１８は、該デフォーカス量に基づいて、その位相差焦点検出エリアにおけるフォーカスレンズ１０１ａの合焦位置を算出する。このようにして、位相差焦点検出部１１８は、各位相差焦点検出エリアで個別に位相差検出方式を用いた合焦位置（以下、位相差合焦位置という）を算出する。

なお、本実施例では、位相差焦点検出部１１８で位相差合焦位置の算出まで行う場合について説明する。ただし、位相差焦点検出部１１８で像信号の位相差を演算し、後述するカメラ制御部１１７で該位相差に基づいて、デフォーカス量及び位相差合焦位置を算出するようにしてもよい。また、位相差焦点検出部１１８でデフォーカス量を演算し、カメラ制御部１１７で該デフォーカス量に基づいて、位相差合焦位置を算出するようにしてもよい。これらの場合、カメラ制御部１１７が検出手段の機能の一部を担うことになる。

カメラ制御部１１７は、位相差焦点検出部１１８から得られる位相差合焦位置にフォーカスレンズ１０１ａを駆動するためのフォーカスレンズ１０１ａの駆動量を算出する。算出された駆動量はレンズ制御部１１６に出力される。レンズ制御部１１６はモータ等のアクチュエータを含み、該駆動量に基づいてフォーカスレンズ１０１ａを移動させる。このようにして位相差検出方式でのフォーカス制御（以下、位相差ＡＦという）が行われる。

また、カメラ１００は、撮像画素群１０５からの撮像信号（又は該撮像信号から生成された画像信号〈つまりは被写体画像〉）のコントラスト評価を行うコントラスト評価部１０８を有する。コントラスト評価部１０８は、撮像素子１０４におけるコントラスト評価領域（特定領域）に含まれる撮像画素から出力された撮像信号（又は画像信号）から高周波数成分を抽出し、この高周波数成分からコントラスト評価値を生成する。コントラスト評価値は、カメラ制御部１１７に出力される。

カメラ制御部１１７は、レンズ制御部１１６を介してフォーカスレンズ１０１ａを光軸方向に移動（スキャン）させながら、コントラスト評価部１０８からフォーカスレンズ位置に対応する複数のコントラスト評価値を取得する。そして、該複数のコントラスト評価値のうち最大値に対応するフォーカスレンズ位置を合焦位置と判定し、この合焦位置（以下、コントラスト合焦位置という）にフォーカスレンズ１０１ａを移動させる。このようにコントラスト評価値に基づいてフォーカスレンズ１０１ａをコントラスト合焦位置に移動させる制御が、コントラスト検出方式のフォーカス制御（以下、コントラストＡＦという）である。

カメラ１００は、焦点検出切換部１０９を有する。焦点検出切換部１０９は、カメラ制御部１１７からの指令に応じて、位相差焦点検出部１１８に位相差合焦位置の算出動作を行わせる。また、焦点検出切換部１０９は、カメラ制御部１１７からの指令に応じて、コントラスト評価部１０８にコントラスト評価値の生成動作を行わせる。

さらに、カメラ１００は、遠近競合検出部１１０を有する。遠近競合検出部１１０は、全位相差焦点検出エリアのうちコントラスト評価領域に含まれる複数の位相差焦点検出エリアで算出された位相差合焦位置間の差を求める。これは、コントラスト評価領域に距離が所定値より大きく異なる複数の被写体が含まれているか否かを検出するためである。

また、遠近競合検出部１１０は、位相差検出エリアの位置情報（座標情報）を予め不図示のメモリに記憶保持している。遠近競合検出部１１０は、コントラスト評価領域の座標情報をコントラスト評価部１０８から取得し、該コントラスト評価領域の座標情報と位相差焦点検出エリアの座標情報とからコントラスト評価領域内の（又は一部がかかる）位相差焦点検出エリアを判別する。

さらに遠近競合検出部１１０は、コントラスト評価領域内の各位相差焦点検出エリアにおける位相差合焦位置の情報を、位相差焦点検出部１１８から取得する。そして、遠近競合検出部１１０は、位相差焦点検出部１１８から取得した各位相差焦点検出エリアでの位相差合焦位置間に所定値（閾値）より大きい差があるか否かを判定する。所定値より大きい差があれば、コントラスト評価領域に互いにカメラ１００からの距離が異なる複数の被写体が混在している、すなわち遠近競合が生じているため、コントラストＡＦで正しい合焦状態が得られない可能性がある。

これを避けるため、遠近競合検出部１１０は、コントラスト評価領域内に配置された各位相差焦点検出エリアにおける位相差合焦位置間に所定値より大きい差がある場合は、以下のように新たなコントラスト評価領域を算出する。

具体的には、まずコントラスト評価領域内に配置された位相差焦点検出エリアのうち、位相差合焦位置が最も近距離側に存在する（つまりは、被写体が最も近い位置に存在する）位相差焦点検出エリア（以下、最至近焦点検出エリアという）を判定する。次に、最至近焦点検出エリアの座標情報と、最至近焦点検出エリアの位相差合焦位置に対する位相差合焦位置の差が所定値より小さい１つ以上の位相差焦点検出エリア（以下、至近焦点検出エリアという）の座標情報とを位相差焦点検出部１１８から取得する。そして、これらの座標情報から新たなコントラスト評価領域を算出する。

新たなコントラスト評価領域は、最至近焦点検出エリアと至近焦点検出エリアとを含み、かつ他の位相差焦点検出エリアを含まないように設定される。ここにいう「含む」及び「含まない」は、その位相差焦点検出エリアの全体を含む及び含まないを意味する。すなわち、該位相差焦点検出エリアのわずかな一部を含まない場合及びわずかな一部のみを含む場合もそれぞれ、「含む」及び「含まない」とみなしてよい。

このように、遠近競合検出部１１０は、上記他の位相差焦点検出エリアよりも近距離側に位相差合焦位置を持つ最至近焦点検出エリア及び至近焦点検出エリアを含むように新たなコントラスト評価領域を設定する。

新たなコントラスト評価領域の設定後（つまりはコントラスト評価領域の変更後）、遠近競合検出部１１０は、遠近競合を抑えた新たなコントラスト評価領域の座標情報を、コントラスト評価部１０８に出力する。コントラスト評価部１０８は、新たなコントラスト評価領域に含まれる撮像画素から出力された撮像信号から高周波数成分を抽出し、この高周波数成分からコントラスト評価値を生成する。

新たなコントラスト評価領域は、この領域内で生成されたコントラスト評価値を用いて最終的な合焦状態を得るための合焦目標領域となる。すなわち、遠近競合検出部１１０は、位相差焦点検出部１１８からの合焦位置に関する情報に基づいて、変更前のコントラスト評価領域内に、コントラストＡＦによる合焦目標領域となる新たなコントラスト評価領域を設定する。

このようにして、本実施例では、遠近競合検出部１１０は、コントラスト評価領域内に含まれる位相差焦点検出エリアでの合焦位置に基づいて遠近競合の有無を検出する。そして、遠近競合を検出した場合には、遠近競合を抑えることができる新たなコントラスト評価領域を算出及び設定する。

なお、コントラスト評価部１０８、焦点検出切換部１０９、遠近競合検出部１１０及びカメラ制御部１１７により制御手段が構成される。

また、カメラ１００は、撮像画素群１０５から出力される撮像信号に対して、ガンマ補正、ホワイトバランス調整、表示用のリサンプリング及び画像圧縮符号化等の画像処理を行う画像処理部１１１を有する。

また、カメラ１００は、ゲイン調整部１１２を有する。位相差検出画素群１０６（第１及び第２の位相差検出画素Ｓ１，Ｓ２）では、図１０及び図１１からも分かるように、画素ごとに設けられた遮光層によって視野が制限されており、またカラーフィルタが設けられていない。したがって、位相差検出画素群１０６からの像信号のレベルは、撮像画素群１０５のうち位相差検出画素群１０６の近傍に位置する複数の画素（以下、近傍画素群という）から出力される像信号のレベルと異なってしまう。

このため、ゲイン調整部１１２は、位相差検出画素群１０６からの像信号を近傍画素群の像信号のレベルに近づけるために、位相差検出画素群１０６からの像信号に対するゲインを調整する。

さらに、カメラ１００は、画像処理部１１１から出力された画像データ（静止画データ）を表示する表示部１１３と、該画像データを半導体メモリや光ディスク等の記録媒体に記録する記録部１１４を有する。また、カメラ１００は、使用者の操作入力を受け付ける操作部１１５も有する。

図３には、撮像素子１０４上でのコントラスト評価領域と位相差焦点検出エリアの位置関係を模式的に示す。撮像素子１０４上には、地面２０３、人２０４、海２０５、船２０６及び空２０７といった遠近様々な被写体の像が形成されている。また、図３は、撮像素子１０４側から被写体を見た場合のコントラスト評価領域と位相差焦点検出エリアの視野と言うこともできる。

横長の点線枠の矩形領域２０１は、位相差焦点検出エリアを示している。また、一点鎖線の矩形領域２０２は、コントラスト評価領域を示す。コントラスト評価領域２０２の大きさ及び位置は、操作部１１５を通じてユーザが任意に又はコントラスト評価部１０８によって自動的に設定される。コントラスト評価領域２０２は、コントラスト評価が十分行えるＳ／Ｎが確保できる大きさで、その内側に位相差焦点検出エリア２０１が複数含まれるように設定される。

図３に示す状態では、コントラスト評価領域２０２には、互いに距離が異なる人２０４の顔、海２０５の一部、船２０６の一部及び空２０７の一部の像（被写体像）が形成されている。このため、遠近競合により、人２０４の顔に対して正しくコントラスト合焦位置が得られない可能性がある。

図４には、本実施例のカメラ１００（主としてコントラスト評価部１０８、遠近競合検出部１１０及びカメラ制御部１１７）でのＡＦ動作を示す。この動作は、カメラ制御部１１７内の不図示のメモリに格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。このことは、後述する実施例で説明するＡＦ動作についても同じである。

カメラ制御部１１７は、操作部１１５に設けられた不図示の電源スイッチがオンされることでステップＳ３０１から動作を開始する。なお、ここでは、特に説明をしないが、ＡＦ動作と並行して露出演算等の撮像準備動作が行われているものとする。

ステップＳ３０１では、カメラ制御部１１７は、コントラスト評価部１０８に、操作部１１５からの入力に応じて又は自動的にコントラスト評価領域を指定させる。その後、ステップＳ３０２に進む。

ステップＳ３０２では、カメラ制御部１１７は、操作部１１５からのＡＦ命令（例えば、レリーズボタンの半押し操作によって出力される信号）が入力されたか否かを判別する。未入力である場合はこのステップを繰り返し、入力された場合はステップＳ３０３に進む。

ステップＳ３０３では、カメラ制御部１１７は、焦点検出切換部１０９を通じて位相差焦点検出部１１８に、ステップＳ３０１で指定されたコントラスト評価領域に含まれる複数の位相差焦点検出エリア２０１ａ〜２０１ｉでの位相差合焦位置の算出を行わせる。

図３に示すようにコントラスト評価領域２０２が指定されている場合、図５に拡大して示すように、コントラスト評価領域２０２に含まれる９個の位相差焦点検出エリア２０１ａ〜２０１ｉで位相差合焦位置が算出される。

図５の例では、位相差焦点検出エリア２０１ｅでは近距離に位置する人２０４の顔に対する位相差合焦位置が算出される。また、位相差焦点検出エリア２０１ａ〜２０１ｃ，２０１ｄ，２０１ｆ，２０１ｉでは遠距離に位置する空２０７や海２０５に対する位相差合焦位置が算出される。さらに、位相差焦点検出エリア２０１ｇでは中距離に位置する船２０６に対する位相差合焦位置が算出される。この後、ステップＳ３０４に進む。

ステップＳ３０４では、カメラ制御部１１７は、遠近競合検出部１１０に、ステップＳ３０３で得られた各位相差焦点検出エリアでの位相差合焦位置（つまりは被写体の距離）に所定値より大きい差があるか否か、すなわち遠近競合の有無を検出させる。

ステップＳ３０５では、カメラ制御部１１７は、遠近競合が検出されたか否かを判別する。検出された場合はステップＳ３０６に進み、検出されない場合はステップＳ３０８に進む。

ステップＳ３０６では、カメラ制御部１１７は、遠近競合検出部１１０に、位相差焦点検出エリア２０１ａ〜２０１ｉのうち前述した最至近焦点検出エリアと至近焦点検出エリアを選択させる。そして、最至近焦点検出エリアと至近焦点検出エリアを含み、他の位相差焦点検出エリアを含まないように新たな狭いコントラスト評価領域を算出させる。これにより、コントラスト評価部１０８は、これまで設定されていたコントラスト評価領域を遠近競合検出部１１０で算出された新たなコントラスト評価領域に更新（変更）する。

図６には、図５に示した位相差焦点検出エリア２０１ａ〜２０１ｉにおいて最至近焦点検出エリアが２０１ｅで、至近焦点検出エリアが２０１ｈであった場合の更新後のコントラスト評価領域５０１を示す。図６には、至近焦点検出エリアが１つである場合を示しているが、至近焦点検出エリアは複数であってもよい。この場合は、更新後のコントラスト評価領域は、最至近焦点検出エリアと該複数の至近焦点検出エリアを含む。

図６の例では、コントラスト評価領域が、最至近及び至近焦点検出エリアのみを含むように、もとのコントラスト評価領域よりも狭められたので、最も近距離に位置する人２０４の顔とその背後に位置する海２０５との遠近競合を避けることができる。コントラスト評価領域の更新後、ステップＳ３０７に進む。

ステップＳ３０７では、カメラ制御部１１７は、最至近焦点検出エリアでの位相差合焦位置である最も近距離側の位相差合焦位置の近傍範囲（位相差合焦位置を含む微小な所定動作範囲：以下、微小スキャン範囲という）内でフォーカスレンズ１０１ａを移動させる。これに先だって、カメラ制御部１１７は、位相差ＡＦにより最も近距離側の位相差合焦位置にフォーカスレンズ１０１ａを移動させてもよい。そして、該微小スキャン範囲でフォーカスレンズ１０１ａを移動（スキャン）させてコントラスト評価部１０８からコントラスト評価値を取得する。微小スキャン範囲は、フォーカスレンズ１０１ａの無限遠端から至近端までの全可動範囲よりもはるかに狭い範囲である。具体的には、絞り１０２の絞り値Ｆと許容錯乱円径δから求まる焦点深度に基づいて、上記最も近距離側の位相差合焦位置を中心に、例えば前後１Ｆδとなるデフォーカス範囲といったように定められる。各フォーカスレンズ位置に対応するコントラスト評価値の取得が終了すると、ステップＳ３０９に進む。

一方、ステップＳ３０５で遠近競合が検出されずにステップＳ３０８に進むと、カメラ制御部１１７は、以下の動作を行う。すなわち、ステップＳ３０３で得られた各位相差焦点検出エリア（２０１ａ〜２０１ｉ）での位相差合焦位置を含む範囲内でフォーカスレンズ１０１ａを移動させてコントラスト評価部１０８からコントラスト評価値を取得する。こうして、コントラスト評価領域２０２内の全ての位相差焦点検出エリア２０１ａ〜２０１ｉでの位相差合焦位置を含むスキャン範囲内でのフォーカスレンズ１０１ａの移動とコントラスト評価値の取得が行われる。そして、ステップＳ３０９に進む。

ステップＳ３０９では、カメラ制御部１１７は、ステップＳ３０７又はステップＳ３０８で得られたコントラスト評価値に基づいて最終的なコントラスト合焦位置を決定し、該コントラスト合焦位置にフォーカスレンズ１０１ａを移動させる。

以上のようなＡＦ動作により、コントラストＡＦでの遠近競合によって合焦精度が低下したり合焦が得られるまでの時間が長くなったりすることを回避することができる。また、位相差検出方式で得られた合焦位置の近傍範囲でのみフォーカスレンズ１０１ａを移動させてコントラスト評価を行うため、コントラスト評価領域が狭くなることによるＳ／Ｎの低下が生じても、コントラスト評価性能の低下を抑えることができる。これらにより、コントラスト評価の信頼性を高く保ちつつ遠近競合を抑えることができ、高い精度で合焦を得ることができる。

なお、本実施例では、位相差焦点検出エリアごとにフォーカスレンズ１０１ａの位相差合焦位置の情報を算出し、この位相差合焦位置の情報に基づいてコントラスト評価領域を変更する場合について説明した。しかし、合焦位置と撮像光学系を構成する他のレンズ（例えば、変倍レンズ）の位置情報とに基づいて、合焦すべき被写体までの距離を算出することもできる。このため、位相差合焦位置に代えて、各焦点検出領域での被写体距離の情報を算出し、該被写体距離の情報に基づいてコントラスト評価領域を変更するようにしてもよい。合焦位置が近距離側であることは、被写体距離が短いことに相当する。

実施例１では、はじめに指定されたコントラスト評価領域内に含まれる位相差焦点検出エリアのうち位相差合焦位置が近距離側の位相差焦点検出エリアのみを含むようにコントラスト評価領域を変更した。さらに、変更後のコントラスト評価領域でのコントラスト評価のためのフォーカスレンズの移動範囲（微小スキャン範囲）を、最も近距離側の位相差合焦位置の近傍範囲に設定した。

これに対し、本実施例では、コントラスト評価領域（はじめに設定された又は実施例１と同様に変更された後のコントラスト評価領域）に含まれる複数の位相差焦点検出エリアのそれぞれにおける位相差合焦位置の近傍範囲でフォーカスレンズを移動させる。これにより、各近傍範囲（各微小スキャン範囲）に対応する距離範囲でのみコントラスト評価を行う。つまり、コントラスト評価を離散的に行う。

ここで、本実施例は、図８Ａに示すように、複数の被写体（コントラスト評価領域の下側部分に存在する第１の被写体と上側の部分に存在する第２の被写体）が互いに距離は異なるが、ある程度類似した距離に位置する場合に有効である。

類似した距離に位置する複数の被写体に対してコントラスト評価を行うと、個々の被写体をコントラスト評価して得られる評価値の加算値に相当する評価値が得られる。複数の被写体の距離差が小さい場合には、図８Ｂの左図に示すように、加算評価値（最終的に得られる評価値）のピークが複数の被写体の距離的な重心位置に表れる。

しかし、複数の被写体の距離的な重心位置にピントを合わせてしまうと、被写界深度が浅い撮像条件下では、被写体（例えば、近距離側の合焦目標被写体）に正確にピントが合っていない画像が取得されることになる。つまり、距離差が小さい複数の被写体間であっても遠近競合による不都合が生じる。

このため、本実施例では、コントラスト評価を、加算評価値のピークが複数の被写体の距離的な重心位置に表れる可能性がある広い視野で行うのではなく、個々の被写体のみが含まれる狭い視野ごとに行う。つまり、コントラスト評価を、複数の位相差検出エリアに対して算出された複数の位相差合焦位置をそれぞれ含む複数の微小スキャン範囲であって、かつそれぞれが他の微小スキャン範囲に含まれる位相差合焦位置を含まない複数の範囲で行う。また、言い換えれば、複数の被写体に対して算出された複数の位相差合焦位置のそれぞれの近傍範囲でコントラスト評価を行う。これにより、図８Ｂの右図に示すように、個々の被写体の評価値を最終的に得られる評価値として正確に取得し、これら評価値のピークの高さ等を基準として最終的な合焦位置（コントラスト合焦位置）を決める。

なお、本実施例のＡＦ動作は、実施例１で説明したカメラ１００から遠近競合検出部１１０を除いた構成を有するカメラにおいて行われる。本実施例において、実施例１と共通する構成要素には、実施例１と同符号を付す。

図７のフローチャートには、本実施例におけるＡＦ動作を示している。

カメラ制御部１１７は、操作部１１５に設けられた不図示の電源スイッチがオンされることでステップＳ６０１から動作を開始する。なお、ここでは、特に説明をしないが、ＡＦ動作と並行して露出演算等の撮像準備動作が行われているものとする。

ステップＳ６０１では、カメラ制御部１１７は、コントラスト評価部１０８に、操作部１１５からの入力に応じて又は自動的にコントラスト評価領域を指定させる。その後、ステップＳ６０２に進む。

ステップＳ６０２では、カメラ制御部１１７は、操作部１１５からのＡＦ命令（例えば、レリーズボタンの半押し操作によって出力される信号）が入力されたか否かを判別する。未入力である場合はこのステップを繰り返し、入力された場合はステップＳ６０３に進む。

ステップＳ６０３では、カメラ制御部１１７は、焦点検出切換部１０９を通じて位相差焦点検出部１１８に、ステップＳ６０１で指定されたコントラスト評価領域に含まれる複数の位相差焦点検出エリアのそれぞれでの位相差合焦位置の算出を行わせる。

次にステップＳ６０４では、カメラ制御部１１７は、ステップＳ６０３で得られた各位相差焦点検出エリアでの位相差合焦位置の近傍範囲（位相差合焦位置を含む微小な所定動作範囲：微小スキャン範囲）内でフォーカスレンズ１０１ａを移動させる。つまり、前述のように、複数の位相差検出エリアに対して算出された複数の位相差合焦位置をそれぞれ含む複数の微小スキャン範囲であって、かつそれぞれが他の微小スキャン範囲の位相差合焦位置を含まない複数の範囲でフォーカスレンズ１０１ａを移動させる。各微小スキャン範囲の一部は、他の微小スキャン範囲の位相差合焦位置を含まなければ該他の微小スキャン範囲と重なってもよい。そして、各微小スキャン範囲でフォーカスレンズ１０１ａを移動（スキャン）させてコントラスト評価部１０８からコントラスト評価値を取得する。

本実施例の微小スキャン範囲も、フォーカスレンズ１０１ａの無限遠端から至近端までの全可動範囲よりもはるかに狭い範囲である。具体的には、絞り１０２の絞り値Ｆと許容錯乱円径δから求まる焦点深度に基づいて、各位相差合焦位置を中心に、例えば前後１Ｆδとなるデフォーカス範囲といったように定められる。

各微小スキャン範囲でのコントラスト評価値の取得が終了すると、ステップＳ６０５に進む。

ステップＳ６０５では、カメラ制御部１１７は、ステップＳ６０４で取得した複数の微小スキャン範囲でのコントラスト評価値のうち最大値が最も高い評価値の最大値に対応する位置（最終的なコントラスト合焦位置）にフォーカスレンズ１０１ａを移動させる。この場合において、最大値が同じレベルである２以上のコントラスト評価値、つまりは被写体が存在する場合には、その中で最も近い被写体のコントラスト評価値の最大値に対応する位置に、フォーカスレンズ１０１ａを移動させる。

以上のＡＦ動作により、各位相差焦点検出エリアで得られた位相差合焦位置の近傍範囲でフォーカスレンズを移動させてコントラスト評価が行われる。つまり、コントラスト評価領域が広くても、コントラスト評価は各位相差合焦位置の近傍範囲に絞られて行われる。したがって、複数の被写体の距離的な重心位置が最終的なコントラスト合焦位置として決定されることを回避でき、個々の被写体のうち合焦目標被写体（例えば、最も近距離の被写体）に対して正確にピントを合わせることができる。これにより、遠近競合を抑えることができ、高い精度で合焦を得ることができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

本発明の実施例１，２のカメラの構成を示すブロック図。 実施例１，２における撮像画素群と焦点検出画素群の配列を示す図。 実施例１，２におけるコントラスト評価領域と位相差焦点検出エリアとの位置関係を示す模式図。 実施例１のカメラの動作を示すフローチャート。 図３の部分拡大図。 実施例１における変更後のコントラスト評価領域を示す模式図。 実施例２のカメラの動作を示すフローチャート 実施例２を用いて撮像される被写体を示す説明図。 実施例２の説明図。 撮像画素群と焦点検出画素群の配列を示す図。 第１の焦点検出画素の構造を示す図。 第２の焦点検出画素の構造を示す図。 焦点状態（合焦状態）に応じた像信号の位相差を説明するための模式図。 焦点状態（前ピン状態）に応じた像信号の位相差を説明するための模式図。

符号の説明

１００ カメラ
１０５ 撮像画素群
１０６ 位相差検出画素群
１０７ 瞳分割光学系
１０８ コントラスト評価部
１１０ 遠近競合検出部
１１７ カメラ制御部
１１８ 位相差焦点検出部

Claims (8)

1. 撮像光学系からの光束により形成された被写体像を光電変換する第１の画素群、及び前記撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された複数の像を光電変換する第２の画素群を含む撮像素子と、
   前記第１の画素群のうちコントラスト評価領域内の画素からの信号を用いたコントラスト評価に基づいてフォーカス制御を行う制御手段と、
   前記第２の画素群のうち前記コントラスト評価領域内で複数の位相差検出領域を構成する画素からの信号を用いて検出された前記像の位相差に基づいて、前記位相差検出領域ごとに前記撮像光学系の合焦位置又は被写体距離の情報を算出する位相差焦点検出手段とを有し、
   前記制御手段は、前記位相差検出領域ごとに算出された前記情報に基づいて、前記コントラスト評価領域を変更することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記複数の位相差検出領域のうち、前記合焦位置が他の位相差検出領域よりも近距離側である位相差検出領域又は前記被写体距離が他の位相差検出領域よりも短い焦点検出領域を含み、前記他の位相差検出領域を含まないように前記コントラスト評価領域を変更することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記撮像光学系に含まれるフォーカスレンズを移動させて前記コントラスト評価を行い、
   前記制御手段は、前記変更後のコントラスト評価領域での前記コントラスト評価を、該変更後のコントラスト評価領域に含まれる複数の前記位相差検出領域のうち１つに対して算出された前記撮像光学系の合焦位置を含み、かつ前記フォーカスレンズの可動範囲よりも狭い範囲で前記フォーカスレンズを移動させて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記撮像光学系に含まれるフォーカスレンズを移動させて前記コントラスト評価を行い、
   前記制御手段は、前記変更後のコントラスト評価領域での前記コントラスト評価を、該変更後のコントラスト評価領域に含まれる複数の前記位相差検出領域に対して算出された複数の前記合焦位置をそれぞれ含む複数の範囲であって、かつそれぞれが他の範囲に含まれる前記合焦位置を含まない複数の範囲で前記フォーカスレンズを移動させて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記位相差検出領域ごとに算出された前記合焦位置又は前記被写体距離の差が所定値より大きい場合は前記コントラスト評価領域を変更し、前記差が前記所定値より小さい場合は前記コントラスト評価領域を変更せずに前記コントラスト評価を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の撮像装置。
6. フォーカスレンズを含む撮像光学系からの光束により形成された被写体像を光電変換する第１の画素群、及び前記撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された複数の像を光電変換する第２の画素群を含む撮像素子と、
   前記第１の画素群のうちコントラスト評価領域内の画素からの信号を用いたコントラスト評価に基づいてフォーカス制御を行う制御手段と、
   前記第２の画素群のうち前記コントラスト評価領域内で複数の位相差検出領域を構成する画素からの信号を用いて検出された前記像の位相差に基づいて、前記位相差検出領域ごとに前記撮像光学系の合焦位置を算出する位相差焦点検出手段とを有し、
   前記制御手段は、前記コントラスト評価を、前記複数の位相差検出領域に対して算出された複数の前記合焦位置をそれぞれ含む複数の範囲であって、かつそれぞれが他の範囲に含まれる前記合焦位置を含まない複数の範囲で前記フォーカスレンズを移動させて行うことを特徴とする撮像装置。
7. 撮像光学系からの光束により形成された被写体像を光電変換する第１の画素群、及び前記撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された複数の像を光電変換する第２の画素群を含む撮像素子を備えた撮像装置の制御方法であって、
   前記第１の画素群のうちコントラスト評価領域内の画素からの信号を用いたコントラスト評価に基づいてフォーカス制御を行うステップと、
   前記第２の画素群のうち前記コントラスト評価領域内で複数の位相差検出領域を構成する画素からの信号を用いて検出された前記像の位相差に基づいて、前記位相差検出領域ごとに前記撮像光学系の合焦位置又は被写体距離の情報を算出するステップと、
   前記位相差検出領域ごとに算出された前記情報に基づいて、前記コントラスト評価領域を変更するステップとを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
8. フォーカスレンズを含む撮像光学系からの光束により形成された被写体像を光電変換する第１の画素群、及び前記撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された複数の像を光電変換する第２の画素群を含む撮像素子を備えた撮像装置の制御方法であって、
   前記第１の画素群のうちコントラスト評価領域内の画素からの信号を用いたコントラスト評価に基づいてフォーカス制御を行うステップと、
   前記第２の画素群のうち前記コントラスト評価領域内で複数の位相差検出領域を構成する画素からの信号を用いて検出された前記像の位相差に基づいて、前記位相差検出領域ごとに前記撮像光学系の合焦位置を算出するステップとを有し、
   前記コントラスト評価を、前記複数の位相差検出領域に対して算出された複数の前記合焦位置をそれぞれ含む複数の範囲であって、かつそれぞれが他の範囲に含まれる前記合焦位置を含まない複数の範囲で前記フォーカスレンズを移動させて行うことを特徴とする撮像装置の制御方法。